JP2013201405A - Nonvolatile memory device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、不揮発性記憶装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a nonvolatile memory device.
従来、大容量の不揮発性記憶装置としては、NAND型フラッシュメモリが多く用いられてきた。しかし、素子の微細化にともなって物理限界に近づきつつあり、最近では強誘電体メモリ、磁気抵抗メモリ、相変化メモリ、抵抗変化型メモリ等の新たなメモリが開発されている。なかでも、抵抗可変型メモリの1つとしてCBRAM(Conductive Bridging Random Access Memory)の1種であるイオンメモリが注目されている。 Conventionally, a NAND flash memory has been often used as a large-capacity nonvolatile storage device. However, with the miniaturization of elements, the physical limit is approaching, and recently, new memories such as a ferroelectric memory, a magnetoresistive memory, a phase change memory, and a resistance change memory have been developed. In particular, an ion memory, which is a kind of CBRAM (Conductive Bridging Random Access Memory), has attracted attention as one of resistance variable type memories.
イオンメモリのメモリセルは通常、書き換え可能な記憶層(Rewritable層)と、この層に金属原子を導入するための金属イオン供給層、および金属イオン供給層とは逆側に配置された対向電極層を有する。 A memory cell of an ion memory usually has a rewritable storage layer (Rewritable layer), a metal ion supply layer for introducing metal atoms into this layer, and a counter electrode layer disposed on the opposite side of the metal ion supply layer Have
このイオンメモリをセルアレイとして用いる場合は、外部から電位ないし電流を印加して書き込み、消去、および読み出しを行うために、メモリセルの上下にワード線およびビット線を配設する。最も集積度が高いと考えられているのが、ビット線とワード線とが交差するように配設して、ビット線とワード線とを交互に積層化する、いわゆるクロスポイント型メモリである。このメモリセルをセルアレイとして用いる場合は、整流機能を有する必要があるが、このときそれぞれのメモリセルに整流素子を直列に接続する以外に、対抗電極に整流機能を持たせる研究も進められている。 When this ion memory is used as a cell array, word lines and bit lines are provided above and below the memory cells in order to perform writing, erasing, and reading by applying a potential or current from the outside. A so-called cross-point type memory in which bit lines and word lines are arranged so as to cross each other and bit lines and word lines are alternately stacked is considered to have the highest degree of integration. When this memory cell is used as a cell array, it is necessary to have a rectifying function. At this time, in addition to connecting a rectifying element in series with each memory cell, research to give the counter electrode a rectifying function is also underway. .
このようなイオンメモリにおいては、メモリセルの微細化にともない、製造プロセス中にパターン倒壊やパターン歪みが起きにくい信頼性の高い構造のメモリセルが求められている。 In such an ion memory, with the miniaturization of the memory cell, there is a demand for a memory cell having a highly reliable structure in which pattern collapse and pattern distortion hardly occur during the manufacturing process.
本発明が解決しようとする課題は、信頼性の高い不揮発性記憶装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a highly reliable nonvolatile memory device.
実施形態の不揮発性記憶装置は、第1配線層と、前記第1配線層と交差する第2配線層と、前記第1配線層と前記第2配線層とが交差する位置に設けられた第1記憶層と、を備え、前記第1記憶層は、前記第1配線層に接し、前記第1配線層は、前記第1記憶層に金属イオンを供給することが可能な層である。 The nonvolatile memory device according to the embodiment includes a first wiring layer, a second wiring layer that intersects the first wiring layer, and a first wiring layer that is provided at a position where the first wiring layer and the second wiring layer intersect. 1 memory layer, the first memory layer is in contact with the first wiring layer, and the first wiring layer is a layer capable of supplying metal ions to the first memory layer.
以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description, the same members are denoted by the same reference numerals, and the description of the members once described is omitted as appropriate.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る不揮発性記憶装置の斜視模式図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic perspective view of the nonvolatile memory device according to the first embodiment.
第1実施形態に係る不揮発性記憶装置1は、抵抗可変型メモリの1つであるイオンメモリ(CBRAM)装置である。
The
不揮発性記憶装置1は、配線層30(第1配線層30)と、配線層30と交差する配線層50(第2配線層50)と、配線層30と配線層50とが交差する位置に設けられた記憶層32(第1記憶層32)と、を備える。また、不揮発性記憶装置1は、配線層30と交差し、配線層50とは反対側に設けられた配線層10(第3配線層10)と、配線層30と配線層10とが交差する位置に設けられた記憶層14(第2記憶層14)と、配線層30と記憶層14とのあいだに介設されたメタル層16と、を備える。
The
配線層10、配線層30、および配線層50は、Z方向に積層されている。配線層30は、X方向に延在する。配線層50および配線層10のそれぞれは、X方向およびZ方向に直行するY方向に延在する。
The
このほか、不揮発性記憶装置1は、記憶層32と配線層50とのあいだに設けられた対向電極層34(第1対向電極層34)と、メタル層36と、を備える。不揮発性記憶装置1は、配線層10と記憶層14とのあいだに設けられた対向電極層12(第2対向電極層12)を備える。また、配線層30と記憶層32と対向電極層34とからなる組を記憶セル45(第1記憶セル45)とする。また、対向電極層12と記憶層14とメタル層16とからなる組を記憶セル25(第2記憶セル25)とする。さらに、不揮発性記憶装置1は、配線層のあいだ、および記憶セルのあいだに層間絶縁膜を備える(図1では不図示)。なお、記憶層については、RW(Rewritable)層と称してもよい。
In addition, the
記憶層32は、配線層30に接している。配線層30は、例えば、ビット線であるとともに、記憶層32に金属イオンを供給することが可能な金属イオン供給層として機能する。ここで金属イオン供給層とは、金属イオンがイオン化する前の金属からなる層、または金属イオンを含む層である。また、メタル層16は、記憶層14に金属イオンを供給することが可能な金属イオン供給層であるとともに、不揮発性記憶装置1の製造過程においては、CMP(Chemical Mechanical Polishing)の際のストッパ層として機能する(後述)。配線層50および配線層10は、例えば、ワード線であるとする。
The
このような構造により、一本の配線層30で、その上下の記憶セル25、45への情報の書き込み、消去、および読み出しの操作を行うことができる。例えば、記憶セル45への書き込みについては、ビット線である配線層30に正極、ワード線である配線層50に負極を印加する。すると、配線層30に含まれる金属がイオン化して配線層50側に引き寄せられ、金属イオンが記憶層32に導入される。このため、記憶層32の電気抵抗が低下し、その低下とともに記憶層32が導電性を持つようになる。その結果、配線層30と配線層50とのあいだに電流が流れる。この動作を書き込み(または、セット動作)という。
With such a structure, information can be written, erased, and read from the upper and
逆に、ビット線である配線層30に負極、ワード線である配線層50に正極を印加する。すると、記憶層32に導入されていた金属イオンが配線層30に戻され、書き込み前の高い抵抗値にリセットされる。この動作を消去(または、リセット動作)という。
Conversely, a negative electrode is applied to the
配線層30およびメタル層16に含まれる金属は、Ag、Cu、Ni、Co、およびTiの群から選択される少なくとも1つの金属である。また、配線層30およびメタル層16に含まれる金属としては、Agを、W、Ta、Moのいずれかに含有させた合金でもよい。記憶層に導入される金属イオンは、Ag、Cu、Ni、Co、およびTiの群から選択される少なくとも1つの金属イオンである。
The metal contained in the
記憶層32および記憶層14の材料としては、a−Si(アモルファスシリコン)のほか、SiO2、Si3N4等の絶縁材、もしくは、HfO2、TiO2、WO2等の遷移金属系の酸化物等が用いられる。対向電極層12、34の材料としては、doped−Poly−Si、メタル、およびそれらの積層膜等が用いられる。対向電極層12、34は、材料の選択によってRW層との組み合わせにおいて整流特性をもたせることも可能である。配線層50および配線層10は、W、Mo、Al、Ti、Taの群から選択される少なくとも金属を含む。メタル層36の材料は、W、Mo等である。
As a material of the
なお、不揮発性記憶装置1は、図1に表される部位のほか、配線層10の下に図示しない下地層(例えば、層間絶縁膜)を備え、さらに下地層の下にそれぞれのメモリセルを駆動するための集積回路を備える。また、配線層10および配線層50をビット線、配線層30をワード線としてもよい。
The
第1実施形態に係る不揮発性記憶装置1の製造過程について説明する。
図2〜図6は、第1実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造過程を説明するための斜視模式図である。
A manufacturing process of the
2 to 6 are schematic perspective views for explaining the manufacturing process of the nonvolatile memory device according to the first embodiment.
まず、図2(a)に表されるように、図示しない下地層上に、ワード線として加工される前の配線層10を形成するほか、さらに、配線層10上に、対向電極層12、記憶層14、金属イオン供給層となるメタル層16、および絶縁性のハードマスク層18を、この順に形成する。すなわち、下地層上に、配線層10/対向電極層12/記憶層14/メタル層16を有する積層膜20を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, the
ハードマスク層18の材料は、例えば、Si3N4、SiO2等である。メタル層16は、電気伝導性を有し、後述するCMP(Chemical Mechanical Polishing)を行う際のストッパ層として機能する。
The material of the
次に、図2(b)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE(Reactive Ion Etching)法により積層膜20をX方向に複数に分割して、積層膜20がY方向にのびるラインになるように加工する。この段階において、Y方向にのびる配線層10(例えば、ワード線)が形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, the
次に、図3(a)に表されるように、隣り合う積層膜20のあいだに層間絶縁膜22を堆積する。層間絶縁膜22の材料は、SiO2、SiOC等である。上述したハードマスク層18については、CMPによってメタル層16の表面を停止位置として除去される。これにより、積層膜20の表面が平坦化される。
Next, as shown in FIG. 3A, an
次に、図3(b)に表されるように、積層膜20の上および層間絶縁膜22の上に、ビット線として加工される前の配線層30を堆積する。続けて、金属イオン供給層ともなる配線層30の上に、記憶層32、対向電極層34、メタル層36、および絶縁性のハードマスク層38を、この順に形成する。すなわち、積層膜20の上および層間絶縁膜22の上に、配線層30/記憶層32/対向電極層34/メタル層36を有する積層膜40を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a
ハードマスク層38の材料は、例えば、Si3N4、SiO2等である。メタル層36は、電気伝導性を有し、後述するCMPを行う際のストッパ層として機能する。
The material of the
次に、図4(a)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE法を用いて、積層膜40をY方向に複数に分割し、積層膜40がX方向にのびるラインになるように加工する。さらに、積層膜40下に位置する積層膜20をY方向に分割する。ただし、この段階では配線層10をRIE加工しない。すなわち、メタル層36、対向電極層34、記憶層32、金属イオン供給層ともなる配線層30、メタル層16、記憶層14、および対向電極層12をエッチングする。さらに、層間絶縁膜22もRIE加工する。
Next, as shown in FIG. 4A, using the lithography method and the RIE method, the
この段階において、対向電極層12、記憶層14、およびメタル層16は、X方向とY方向とに分割されたため、直方体状の記憶セル25が形成される。また、X方向にのびる配線層30(例えば、ビット線)が形成される。
At this stage, since the
次に、図4(b)に表されるように、隣り合う積層膜40のあいだ、および記憶セル25のあいだに層間絶縁膜42を堆積する。層間絶縁膜42の材料は、SiO2、SiOC等である。上述したハードマスク層38については、CMPによってメタル層16の表面を停止位置として除去される。これにより、積層膜40の表面が平坦化される。
Next, as shown in FIG. 4B, an
次に、図5(a)に表されるように、積層膜40の上および層間絶縁膜42の上に、ワード線として加工される前の配線層50を形成するほか、配線層50の上に、ハードマスク層52を形成する。
Next, as shown in FIG. 5A, the
次に、図5(b)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE法を用いて、配線層50、メタル層36、対向電極層34、および記憶層32をさらにX方向に分割する。さらに、層間絶縁膜42もRIE加工する。
Next, as illustrated in FIG. 5B, the
この段階において、対向電極層34および記憶層32は、X方向とY方向とに分割されたため、記憶セル45が形成される。さらに、Y方向にのびる配線層50(例えば、ワード線)が形成される。
At this stage, since the
次に、図6に表されるように、隣り合う配線層50のあいだに層間絶縁膜54を塗布する。さらに、続いて、CMPにより、メタル層36の表面を停止位置として、上述したハードマスク層52を除去する。
このような製造過程によって、2マット3配線のクロスポイント型の不揮発性記憶装置1が形成される。
Next, as shown in FIG. 6, an
Through such a manufacturing process, a cross-point type
参考例に係る不揮発性記憶装置の製造過程について説明する。
図7〜図11は、参考例に係る不揮発性記憶装置の製造過程を説明するための斜視模式図である。
A manufacturing process of the nonvolatile memory device according to the reference example will be described.
7 to 11 are schematic perspective views for explaining the manufacturing process of the nonvolatile memory device according to the reference example.
まず、図7(a)に表されるように、図示しない下地層上に、配線層10を形成するほか、さらに、配線層10上に、対向電極層12、記憶層14、金属イオン供給層15、メタル層17、および絶縁性のハードマスク層18を、この順に形成する。すなわち、下地層上に、配線層10/対向電極層12/記憶層14/金属イオン供給層15/メタル層17を有する積層膜20を形成する。金属イオン供給層15は、Ag、Cu、Ni、Co、およびTiの群から選択される少なくとも1つの金属を含む。メタル層17は、電気伝導性を有し、CMPを行う際のストッパ層として機能する。メタル層17の材料は、W、Mo等である。
First, as shown in FIG. 7A, the
次に、図7(b)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE法により積層膜20をX方向に複数に分割して、積層膜20がY方向にのびるラインになるように加工する。この段階において、Y方向にのびる配線層10(ワード線)が形成される。
Next, as shown in FIG. 7B, the
次に、図8(a)に表されるように、隣り合う積層膜20のあいだに層間絶縁膜22を堆積する。上述したハードマスク層18については、CMPによってメタル層16の表面を停止位置として除去される。
Next, as shown in FIG. 8A, an
次に、図8(b)に表されるように、積層膜20の上および層間絶縁膜22の上に、ビット線として加工される前の配線層31を堆積する。配線層31の材料は、W、Mo等である。続けて、配線層31の上に、金属イオン供給層33、記憶層32、対向電極層34、メタル層36、および絶縁性のハードマスク層38を、この順に形成する。すなわち、積層膜20の上および層間絶縁膜22の上に、配線層31/金属イオン供給層33/記憶層32/対向電極層34/メタル層36を有する積層膜40を形成する。金属イオン層33は、Ag、Cu、Ni、Co、およびTiの群から選択される少なくとも1つの金属を含む。
Next, as shown in FIG. 8B, a
次に、図9(a)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE法を用いて、積層膜40をY方向に複数に分割し、積層膜40がX方向にのびるラインになるように加工する。さらに、積層膜40下に位置する積層膜20をY方向に分割する。ただし、この段階では配線層10をRIE加工しない。すなわち、メタル層36、対向電極層34、記憶層32、金属イオン供給層33、配線層31、メタル層17、金属イオン供給層15、記憶層14、および対向電極層12をエッチングする。さらに、層間絶縁膜22をRIE加工する。
Next, as shown in FIG. 9A, using the lithography method and the RIE method, the
この段階において、対向電極層12、記憶層14、金属イオン供給層15、およびメタル層17は、X方向とY方向とに分割されたため、直方体状の記憶セル25が形成される。また、X方向にのびる配線層31(ビット線)が形成される。
At this stage, since the
次に、図9(b)に表されるように、隣り合う積層膜40のあいだ、および記憶セル25のあいだに層間絶縁膜42を堆積する。上述したハードマスク層38については、CMPによってメタル層16の表面を停止位置として除去される。
Next, as shown in FIG. 9B, an
次に、図10(a)に表されるように、積層膜40の上および層間絶縁膜42の上に、ワード線として加工される前の配線層50を形成するほか、配線層50の上に、ハードマスク層52を形成する。
Next, as shown in FIG. 10A, the
次に、図10(b)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE法を用いて、配線層50、メタル層36、対向電極層34、記憶層32、および金属イオン供給層33をさらにX方向に分割する。さらに、層間絶縁膜42をRIE加工する。
Next, as shown in FIG. 10B, the
この段階において、対向電極層34、記憶層32、および金属イオン供給層33は、X方向とY方向とに分割されたため、記憶セル45が形成される。さらに、Y方向にのびる配線層50(ワード線)が形成される。
At this stage, the
次に、図11(a)に表されるように、隣り合う配線層50のあいだに層間絶縁膜54を塗布する。さらに、続いて、CMPにより、メタル層36の表面を停止位置として、上述したハードマスク層52を除去する。
Next, as shown in FIG. 11A, an
このような製造過程によって、2マット3配線のクロスポイント型の不揮発性記憶装置500が形成される。図11(b)には、層間絶縁膜を取り除いた場合の不揮発性記憶装置500の様子が表されている。
Through such a manufacturing process, a cross point type
参考例においても、記憶セル25、45のそれぞれを直方体状にRIE法により加工する。ただし、参考例においては、第1実施形態に比べて、金属イオン供給層15、33のそれぞれを付設している。従って、参考例では、金属イオン供給層15の膜厚と金属イオン供給層33の膜厚とを足し合わせた分、ハードマスク層38の厚みを増加させなければならない(図9(a)参照)。
Also in the reference example, each of the
例えば、図9(a)に例示されるRIE加工では、ハードマスク層38の材料と層間絶縁膜22の材料とがともにSiO2である場合、層間絶縁膜22がエッチングされる際に、ハードマスク層38もエッチングされてしまう。これは、ハードマスク層38の材料と層間絶縁膜22の材料とが同じだからである。従って、参考例では、高選択比(ハードマスク層とハードマスク層以外の部位とのエッチング速度の比)を達成するために、ハードマスク層38の厚みをなるべく厚くしている。
For example, in the RIE process illustrated in FIG. 9A, when both the material of the
しかし、ハードマスク層38の厚みを増加させると、素子の微細化にともない、ハードマスク層38が膜として有する応力によって製造過程中にパターンが倒壊したり、パターンが歪んだりするという不具合がある。これが素子微細化の障壁となっている。
However, when the thickness of the
これに対し、第1実施形態に係る不揮発性記憶装置1では、参考例に係る配線層31を、金属イオン供給源である配線層30にしている。すなわち、不揮発性記憶装置1では、配線層30において金属イオン供給層とビット線と兼用している。
On the other hand, in the
また、第1実施形態に係る不揮発性記憶装置1では、参考例に係る金属イオン供給層15、33の形成を省略し、参考例に係るメタル層17(CMP用のストッパ層)を金属イオン供給源であるメタル層16にしている。
In the
すなわち、第1実施形態では、金属イオン供給層15、33を堆積する工程を省略できるだけでなく、RIE加工の加工対象膜厚を低減させている。従って、ハードマスク層の厚みを、この分、薄くすることができる。この結果、第1実施形態では、上述した微細化に対する障壁が低下する。これにより、微細化が進んでも信頼性の高い不揮発性記憶装置が形成される。さらに、金属イオン供給層15、33を堆積する必要がない分、記憶セルの厚みが薄くなり、不揮発性記憶装置の薄型化・小型化が可能になる。また、記憶セルの厚みが薄くなるので、記憶セルの機械的強度が増加する。 That is, in the first embodiment, not only the process of depositing the metal ion supply layers 15 and 33 can be omitted, but the film thickness to be processed in the RIE process is reduced. Therefore, the thickness of the hard mask layer can be reduced accordingly. As a result, in the first embodiment, the above-described barrier against miniaturization is lowered. Thus, a highly reliable nonvolatile memory device is formed even if miniaturization progresses. Further, since the metal ion supply layers 15 and 33 do not need to be deposited, the thickness of the memory cell is reduced, and the nonvolatile memory device can be made thinner and smaller. Further, since the thickness of the memory cell is reduced, the mechanical strength of the memory cell is increased.
(第2実施形態)
図12は、第2実施形態に係る不揮発性記憶装置の斜視模式図である。
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a schematic perspective view of the nonvolatile memory device according to the second embodiment.
第2実施形態に係る不揮発性記憶装置2は、抵抗可変型メモリの1つであるイオンメモリ装置である。
The
不揮発性記憶装置2は、配線層130と、配線層130と交差する配線層150と、配線層130と配線層150とが交差する位置に設けられた記憶層132と、を備える。また、不揮発性記憶装置2は、配線層130と交差し、配線層150とは反対側に設けられた配線層110と、配線層130と配線層110とが交差する位置に設けられた記憶層114と、を備える。
The
配線層110、配線層130、および配線層150は、Z方向に積層されている。配線層130は、X方向に延在する。配線層150および配線層110のそれぞれは、X方向およびZ方向に直行するY方向に延在する。
The
このほか、不揮発性記憶装置2は、隣り合う配線層150のあいだに設けられた芯材200と、隣り合う配線層150のあいだに設けられた層間絶縁膜210と、を備える。換言すれば、配線層150は、芯材200と層間絶縁膜210とによって挟まれている。
In addition, the
また、不揮発性記憶装置2は、隣り合う配線層110のあいだに設けられた芯材230と、隣り合う配線層110のあいだに設けられた層間絶縁膜220と、を備える。換言すれば、配線層110は、芯材230と層間絶縁膜220とによって挟まれている。
The
また、不揮発性記憶装置2は、隣り合う配線層130のあいだに設けられた芯材240と、隣り合う配線層130のあいだに設けられた層間絶縁膜250と、を備える。換言すれば、配線層150は、芯材240と層間絶縁膜250とによって挟まれている。
In addition, the
配線層130の材料は、配線層30と同じである。配線層130は、例えば、ビット線であるとともに、金属イオン供給層である。配線層150および配線層110は、例えば、ワード線である。記憶層114、132のそれぞれは、配線層130に接している。
The material of the
記憶層132および記憶層114の材料としては、a−Si(アモルファスシリコン)のほか、SiO2、Si3N4等の絶縁材、もしくは、HfO2、TiO2、WO2等の遷移金属系の酸化物等が用いられる。配線層150および配線層110は、W、Mo、Al、Ti、Taの群から選択される少なくとも金属を含む。芯材200、230、240の材料はSiO2、Si3N4、SiOC等である。層間絶縁膜210、220、250の材料は、SiO2、SiOC等である。
As a material of the
なお、不揮発性記憶装置1は、図1に表される部位のほか、配線層110の下に図示しない下地層(例えば、層間絶縁膜)を備え、さらに下地層の下にそれぞれのメモリセルを駆動するための集積回路を備える。また、配線層110および配線層150をビット線、配線層130をワード線としてもよい。
The
このような構造により、一本の配線層130で、その上下の記憶層132、114への情報の書き込み、消去、および読み出しの操作を行うことができる。
With such a structure, information can be written to, erased from, and read from the upper and
第2実施形態に係る不揮発性記憶装置2の製造過程について説明する。
図13〜図17は、第2実施形態に係る不揮発性記憶装置の製造過程を説明するための斜視模式図である。
A manufacturing process of the
13 to 17 are schematic perspective views for explaining the manufacturing process of the nonvolatile memory device according to the second embodiment.
まず、図13(a)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE法により、X方向に分割され、Y方向にのびる芯材230を形成する。続いて、配線層110の膜厚がどこでも一様になるように、芯材230を配線層110で被覆する。
First, as shown in FIG. 13A, a
次に、図13(b)に表されるように、RIE法により、配線層110が芯材230の側壁を覆うように、配線層110を加工する。
Next, as shown in FIG. 13B, the
次に、図14(a)に表されるように、隣り合う配線層110のあいだに層間絶縁膜220を堆積する。さらに、配線層110、層間絶縁膜220、および芯材230の表面をCMPによって平坦化する。この段階において、Y方向にのびる配線層110が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 14A, an
次に、図14(b)に表されるように、配線層110の上、層間絶縁膜220の上、および芯材230の上に、記憶層114を形成する。続いて、記憶層114の上に、芯材240を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 14B, the
次に、図15(a)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE法により、芯材240をY方向に分割し、X方向にのびる芯材240を形成する。この段階で、配線層110と交差する芯材240が形成される。
Next, as shown in FIG. 15A, the
次に、図15(b)に表されるように、配線層130の膜厚がどこでも一様になるように、芯材240を金属イオン供給層を兼ねる配線層130で被覆した後、RIE法により、配線層130が芯材240の側壁を覆うように、配線層130を加工する。
Next, as shown in FIG. 15B, the
次に、図16(a)に表されるように、隣り合う配線層130のあいだに層間絶縁膜250を堆積する。さらに、CMPにより、配線層130、芯材240、および層間絶縁膜250の表面を平坦化する。この段階において、X方向にのびる配線層130が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 16A, an
次に、図16(b)に表されるように、配線層130の上、芯材240の上、および層間絶縁膜250の上に、記憶層132を形成する。さらに、記憶層132の上に、芯材200を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 16B, the
次に、図17(a)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE法により、芯材200を配線層130と交差するように加工する。
Next, as shown in FIG. 17A, the
次に、図17(b)に表されるように、配線層150の膜厚がどこでも一様になるように、芯材200を配線層150で被覆した後、RIE法により、配線層150が芯材200の側壁を覆うように、配線層150を加工する。
Next, as shown in FIG. 17B, after the
この後は、隣り合う配線層150のあいだに層間絶縁膜210を堆積し、層間絶縁膜210、芯材200、および配線層150の表面をCMPにより平坦化する。
このような製造過程によって、2マット3配線のクロスポイント型の不揮発性記憶装置2が形成される。
Thereafter, an
Through such a manufacturing process, a cross-point type
参考例に係る不揮発性記憶装置の製造過程について説明する。
図18〜図22は、参考例に係る不揮発性記憶装置の製造過程を説明するための斜視模式図である。
A manufacturing process of the nonvolatile memory device according to the reference example will be described.
18 to 22 are schematic perspective views for explaining the manufacturing process of the nonvolatile memory device according to the reference example.
まず、図18(a)に表されるように、図14(a)と同じ状態、すなわち、配線層110、層間絶縁膜220、および芯材230がY方向にのびる状態を準備する。
First, as shown in FIG. 18A, the same state as in FIG. 14A, that is, the state in which the
次に、図18(b)に表されるように、配線層110の上、層間絶縁膜220の上、および芯材230の上に、対向電極層112、記憶層114、および金属イオン供給層115を形成する。続いて、金属イオン供給層115の上に、芯材240を形成する。
Next, as shown in FIG. 18B, the
次に、図19(a)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE法により、芯材240をY方向に分割し、X方向にのびる芯材240を形成する。この段階で、配線層110と交差する芯材240が形成される。
Next, as shown in FIG. 19A, the
次に、図19(b)に表されるように、配線層130の膜厚がどこでも一様になるように、芯材240を配線層130で被覆した後、RIE法により、配線層130が芯材240の側壁を覆うように、配線層130を加工する。
Next, as shown in FIG. 19B, after the
次に、図20(a)に表されるように、隣り合う配線層130のあいだに層間絶縁膜250を堆積する。さらに、CMPにより、配線層130、芯材240、および層間絶縁膜250の表面を平坦化する。この段階において、X方向にのびる配線層130が形成される。
Next, as shown in FIG. 20A, an
次に、図20(b)に表されるように、配線層130の上、芯材240の上、および層間絶縁膜250の上に、金属イオン供給層133、記憶層132、および対向電極層134を形成する。さらに、対向電極層134の上に、芯材200を形成する。
Next, as shown in FIG. 20B, the metal
次に、図21(a)に表されるように、リソグラフィ法およびRIE法により、芯材200を配線層130と交差するように加工する。
Next, as shown in FIG. 21A, the
次に、図21(b)に表されるように、配線層150の膜厚がどこでも一様になるように、芯材200を配線層150で被覆した後、RIE法により、配線層150が芯材200の側壁を覆うように、配線層150を加工する。
Next, as shown in FIG. 21B, after the
次に、図22に表されるように、隣り合う配線層150のあいだに層間絶縁膜210を堆積し、層間絶縁膜210、芯材200、および配線層150の表面をCMPにより平坦化する。
このような製造過程によって、2マット3配線のクロスポイント型の不揮発性記憶装置600が形成される。
Next, as shown in FIG. 22, an
Through such a manufacturing process, a cross point type
しかし、不揮発性記憶装置600では、記憶セル間で金属イオン供給層115、133および対向電極層112、134が架設されている。この金属イオン供給層115、133および対向電極層112、134は電気伝導性を有するので、不揮発性記憶装置600では、記憶セル間で電流リークが生じる可能性がある。この電流リークを防止するには、別途、防止手段が必要になる。
However, in the
これを回避するためには、層間絶縁膜250、210を堆積する前に芯材240、200を除去して、配線層130、150をマスク部材として、金属イオン供給層115、133および対向電極層112、134をRIE法により分割することが必要になる。しかし、このような分割処理は、工程数の増加につながり、コスト増加を招来する。また、配線層130、150をマスク部材とする手法は、RIEの際に生じる配線層130、150のいわゆる膜減りによって、配線層130、150の薄膜化を招来する。このため、配線層130、150の電気抵抗が増加するという不具合がある。
In order to avoid this, the
これに対し、第2実施形態では、参考例に係る対向電極層112、134のそれぞれを、配線層110、150のそれぞれに共通化している。さらに、配線層130自体を金属イオン供給源としているので、参考例に係る金属イオン供給層115、133を要しない。また、第2実施形態では、高選択比を達成するRIE技術は用いられず、これに応じてハードマスク層38も用いられない。
On the other hand, in the second embodiment, each of the counter electrode layers 112 and 134 according to the reference example is shared by each of the wiring layers 110 and 150. Furthermore, since the
これにより、第1実施形態の参考例で挙げたパターン倒壊等も回避され、さらに記憶セル間の電流リークが防止された信頼性の高い不揮発性記憶装置が実現する。 Thereby, the pattern collapse etc. which were mentioned in the reference example of 1st Embodiment are avoided, and also the highly reliable non-volatile memory device by which the current leak between memory cells was prevented is implement | achieved.
(第3実施形態)
図23は、第3実施形態に係る不揮発性記憶装置の斜視模式図である。
(Third embodiment)
FIG. 23 is a schematic perspective view of the nonvolatile memory device according to the third embodiment.
第3実施形態に係る不揮発性記憶装置3の基本構成は、第2実施形態に係る不揮発性記憶装置2と同じである。ただし、不揮発性記憶装置3においては、配線層150と記憶層132とのあいだに、記憶層132への金属イオンの拡散を抑制する拡散防止膜300が設けられ、かつ配線層150が配線層130と同様に金属イオン供給層と同じ材料で構成されていることである。あるいは、記憶層114と配線層110とのあいだに、記憶層114への金属イオンの拡散を抑制する拡散防止膜310が設けられ、かつ配線層110が配線層130と同様に金属イオン供給層と同じ材料で構成されていることである。拡散防止膜300、310の材料は、SiO2、Si3N4等である。拡散防止膜300、310の膜厚は、金属イオンの拡散を抑制しつつ、トンネル電流を阻害しない程度の薄膜に設定されている。
The basic configuration of the
このような拡散防止膜を設けたとき、書き込み、消去は次のように行われる。例えば、記憶層132への書き込みについては、ビット線である配線層130に正極、ワード線である配線層150に負極を印加する。拡散防止膜300の膜厚は、トンネル電流を阻害しない程度の薄膜に設定されているので、記憶層132内に電界の勾配が形成する。すると、配線層130に含まれる金属がイオン化して配線層150側に引き寄せられ、金属イオンが記憶層132に導入される。このため、記憶層32の電気抵抗が低下し、その低下とともに記憶層32が導電性を持つようになる。
When such a diffusion prevention film is provided, writing and erasing are performed as follows. For example, for writing to the
一方、ビット線である配線層130に負極、ワード線である配線層150に正極を印加すると、記憶層132に導入されていた金属イオンが配線層130に戻され、書き込み前の高い抵抗値にリセットされる。この際、拡散防止膜300の存在により、配線層150からは記憶層132に金属イオンは導入されない。従って、記憶層132は、低い抵抗から高い抵抗へ移行する。
On the other hand, when a negative electrode is applied to the
また、不揮発性記憶装置3においては、配線層150および配線層110が金属イオン供給層になっている。すなわち、第3実施形態では、配線層110、150の材料を配線層130の材料と同じなので、配線層110、150の材料と配線層130の材料とを変えることなく簡便に製造プロセスを進行させることができる。
In the
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。 The embodiment has been described above with reference to specific examples. However, the embodiments are not limited to these specific examples. In other words, those specific examples that have been appropriately modified by those skilled in the art are also included in the scope of the embodiments as long as they include the features of the embodiments. Each element included in each of the specific examples described above and their arrangement, material, condition, shape, size, and the like are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed.
また、前述した各実施形態が備える各要素は、法的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。 In addition, each element included in each of the above-described embodiments can be combined as much as legally possible, and combinations thereof are also included in the scope of the embodiment as long as they include the features of the embodiment. In addition, in the category of the idea of the embodiment, those skilled in the art can conceive various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the embodiment. .
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1、2、3、500、600 不揮発性記憶装置
10、30、31、50、110、130、150 配線層
12、34、112、134 対向電極層
14、32、114、132 記憶層
15、33、115、133 金属イオン供給層
16、17 メタル層
18、38、52 ハードマスク層
20、40 積層膜
22、42、54、210、220、250 層間絶縁膜
25、45 記憶セル
36 メタル層
200、230、240 芯材
300、310 拡散防止膜
1, 2, 3, 500, 600
Claims (6)
前記第1配線層と交差する第2配線層と、
前記第1配線層と前記第2配線層とが交差する位置に設けられた第1記憶層と、
前記第1配線層と交差し、前記第2配線層とは反対側に設けられた第3配線層と、
前記第1配線層と前記第3配線層とが交差する位置に設けられた第2記憶層と、
前記第3配線層と前記第2記憶層とのあいだに介設されたメタル層と、
を備え、
前記第1記憶層は、前記第1配線層に接し、
前記第1配線層は、前記第1記憶層に金属イオンを供給することが可能な層であり、
前記メタル層は、前記第2記憶層に金属イオンを供給することが可能な層である不揮発性記憶装置。 A first wiring layer;
A second wiring layer intersecting the first wiring layer;
A first memory layer provided at a position where the first wiring layer and the second wiring layer intersect;
A third wiring layer that intersects with the first wiring layer and is provided on the opposite side of the second wiring layer;
A second memory layer provided at a position where the first wiring layer and the third wiring layer intersect;
A metal layer interposed between the third wiring layer and the second memory layer;
With
The first memory layer is in contact with the first wiring layer;
The first wiring layer is a layer capable of supplying metal ions to the first memory layer,
The non-volatile memory device, wherein the metal layer is a layer capable of supplying metal ions to the second memory layer.
前記第1配線層と交差する第2配線層と、
前記第1配線層と前記第2配線層とが交差する位置に設けられた第1記憶層と、
を備え、
前記第1記憶層は、前記第1配線層に接し、
前記第1配線層は、前記第1記憶層に金属イオンを供給することが可能な層である不揮発性記憶装置。 A first wiring layer;
A second wiring layer intersecting the first wiring layer;
A first memory layer provided at a position where the first wiring layer and the second wiring layer intersect;
With
The first memory layer is in contact with the first wiring layer;
The non-volatile memory device, wherein the first wiring layer is a layer capable of supplying metal ions to the first memory layer.
前記第1配線層と前記第3配線層とが交差する位置に設けられた第2記憶層と、
前記第1配線層と前記第2記憶層とのあいだに介設されたメタル層と、
をさらに備え、
前記メタル層は、前記第2記憶層に金属イオンを供給することが可能な層である請求項2記載の不揮発性記憶装置。 A third wiring layer that intersects with the first wiring layer and is provided on the opposite side of the second wiring layer;
A second memory layer provided at a position where the first wiring layer and the third wiring layer intersect;
A metal layer interposed between the first wiring layer and the second memory layer;
Further comprising
The nonvolatile memory device according to claim 2, wherein the metal layer is a layer capable of supplying metal ions to the second memory layer.
前記第1配線層と前記第3配線層とが交差する位置に設けられた第2記憶層と、
前記第2配線層と前記第1記憶層とのあいだ、または、第2記憶層と前記第3配線層とのあいだに設けられ、前記第1記憶層もしくは前記第2記憶層への前記金属イオンの拡散を抑制する拡散防止膜と、
をさらに備えた請求項2記載の不揮発性記憶装置。 A third wiring layer that intersects with the first wiring layer and is provided on the opposite side of the second wiring layer;
A second memory layer provided at a position where the first wiring layer and the third wiring layer intersect;
Provided between the second wiring layer and the first memory layer, or between the second memory layer and the third wiring layer, and the metal ions to the first memory layer or the second memory layer An anti-diffusion film that suppresses the diffusion of
The nonvolatile memory device according to claim 2, further comprising:
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